高等级公路非对称双幅箱梁双向架运成套设备鉴定汇报

热烈欢迎各位领导和专家莅临指导高等级公路非对称双幅箱梁双向架运成套设备成果鉴定汇报二○一六年九月中铁工程机械研究设计院有限公司，前身铁道部武汉工程机械研究所，是中国中铁股份有限公司唯一的施工装备研发中心，多年来一直致力于铁路施工装备的研发设计。2000年，研发出国内首台600吨箱梁运架设备，成功应用于首条客专—秦沈线。2006年，研发出国内首台900吨箱梁运架设备，成功应用于合宁客专全椒工地2015年，研发出国内首台850吨内陆高等级公路箱梁架运设备，成功应用于余慈高速。截止目前累计研制各类搬提运架设备130余台（套），架设预制整孔箱梁数量占全国总量的近50%。一、项目简况二、工作报告三、研究设计报告四、成果应用情况五、总结与展望（1）课题背景优点：整体性好，外形可塑性强，景观效果容易实现。缺点：施工周期长，质量监控难度大。优点：造价相对较低缺点：整体刚度小，横向湿接缝多，盖梁施工影响下部交通，桥梁景观效果差。现浇结构小箱梁预制结构（1）课题背景横向湿接缝少，无盖梁，交通影响小；整体刚度好，景观效果良好。大型分幅预制箱梁结构宁波余慈高速是我国首次将大型分幅预制箱梁用于内陆高等级公路施工的线路。箱梁结构非对称，双幅双向架设，桥跨载荷受限。市场上需要能满足余慈高速大型混凝土预制箱梁架设的架运设备。2014年10月与施工单位签订“850吨级箱梁运架设备采购合同”（合同编号：XYSB-2014-1015）。（2）课题来源（1）国内外高等级公路箱梁运架设备现状结论：两种设备分别适用于小箱梁和节段拼装梁，不适用高等级公路双幅预制箱梁的架设小型箱梁架运设备一次性投入较小，每跨作业程序多，后期维护工程量大。节段拼装架运设备适用于超大跨度桥梁施工，桥上张拉，劳动强度大。（1）国内外高等级公路箱梁运架设备现状超大型预制箱梁的刚度和抗扭性能较好，作业稳定性好。一次投入成本高，占地面积大，效率低，难以实现非对称箱梁架设和双向架梁要求。结论：不适合内陆高等级公路大型预制箱梁的架设。杭州湾跨海大桥架运设备（2）国内外高铁箱梁运架设备现状适用于单幅线路，无法实现双幅箱梁架设，但其成熟的技术对公路架运设备有一定的借鉴意义。结论：不适用高等级公路双幅预制箱梁的架设。（3）研究内容余慈高速预制箱梁结构3.1本项目主要技术特点宁波余慈高速是我国首次将大型预制箱梁用于内陆高等级公路施工的线路。本项目具有以下特点：①桥梁上部结构采用双幅非对称箱梁，桥墩为“花瓶式”设计，节约占地面积且景观效果好；②线路跨越城市交通要道，变跨梁和现浇梁较多，变跨作业和首末孔架设作业较为频繁；③梁场空间紧凑，不允许设备桥下调头和桥下运梁；④桥跨承载受限，不允许架运设备单侧施工且桥跨无法承受较大跨中载荷等。长短翼缘3.2本项目的研究内容本项目针对余慈高速上述技术特点，创新性的提出了一种高等级公路非对称双幅箱梁双向架运成套设备方案，包括JQ850型架桥机和YL850型运梁车，主要研究内容如下：1、架运设备的整体结构及作业模式；2、实现双幅双向架梁；3、实现非对称箱梁的运输和起吊的稳定性；4、各工况下载荷控制；5、方便首末孔架设及桥间转移，曲线和大坡度架梁。（3）研究内容（3）研究内容总体方案：单车双幅运梁，运架配合同步拖拉取梁，双幅架梁，步履式过孔的整体作业模式。同步拖梁工况JQ850架桥机YL850运梁车2014年6月总体方案研究，架运作业方式确定2014年7月-8月架桥机主梁、前、中支腿支腿等复杂部件的方案优选设计，进行有限元分析计算2014年8月-9月完成部件设计2014年10-12月完成技术设计评审2015年7月-11月完成现场组装、调试，试验2015年11月-至今施工应用阶段（4）研究过程序号参数名称单位技术参数1最大起重量t8502架设箱梁跨度m35/32.5/30/27.5m3架梁最小曲线半径m20004架梁最大纵坡‰255纵移过孔速度m/min0.3～36架桥机工作级别A37机构工作级别M48起重小车重载起升速度m/min0.1～0.5空载起升速度0.1～1.0重载纵移速度m/min0.1～3空载纵移速度m/min0.1～6横移量mm±62009液压系统工作压力MPa2010架桥机自重t约66511最大外形尺寸(长×宽×高)m约79.9×12.3×13.012整机功率kW20013工作电源380V/50Hz14理论架设一跨（2片）梁平均用时(5km内运距)h5～6（5）主要技术参数JQ850架桥机主要技术参数序号参数名称单位技术参数1额定运载量t8502空载运行速度km/h0～83重载运行速度km/h0～44满载时最大爬坡能力‰405横向坡度（人字坡）‰306接地比压MPa0.67最小转弯半径m50.58均衡轮组调节范围mm±2509轮轴轴数（总轴数/主动轴数/气制动轴数）轴24/7/910轮胎数量个19211轴距mm2100/230012轮距mm5500/145013接地角°1214离地角°1215外形尺寸mm58280×7365×300016柴油机额定功率kW2×41917整车自重t30018驮梁台车走行速度m/min0～319转向模式八字转向、半八字转向（5）主要技术参数YL850运梁车主要技术参数同步拖梁运梁后车取梁横移落梁（6）架梁作业（6）过孔和驮运作业纵移机臂纵移中支腿纵移前支腿桥间转移已授权实用新型专利1项1、偏心箱梁的无级可调吊具ZL201520257923.5已授权发明专利3项1、一种大吨位运架设备安全监控管理模型ZL201210028166.52、一种基于私有协议的户外施工设备无线网络控制系统ZL201210028155.73、大吨位偏心箱梁的无级可调吊具（7）知识产权情况（8）检测报告（9）科技查新报告主要创新点通过湖北省科技信息研究院的科技查新查新范围：国内外未见相同文献报道（10）施工影像（1）高等级公路非对称双幅箱梁双向架运成套设备架梁时，由架桥机前支腿提供托轮铰轴式前支撑，中支腿提供托轮铰轴式中支撑，后支腿提供双柱销固定后支撑，跨单跨架梁。架梁工况YL850运梁车JQ850架桥机（1）高等级公路非对称双幅箱梁双向架运成套设备过孔工况过孔时，由架桥机前、中、后支腿循环转换支撑实现整机纵移过孔，箱梁不承受跨中载荷。JQ850架桥机YL850运梁车1）JQ850架桥机—主要组成前支腿机臂起重小车司机室后支腿和动力室中支腿电液系统1）JQ850架桥机—各部件简介后支腿前支腿机臂起重小车中支腿2）远程综合管理系统实时监控故障报警营运安全远程调试故障分析设备使用情况设备保养设备维修备件管理利用GPS卫星定位系统，记录设备运行轨迹。3）JQ850架桥机—架梁工况有限元分析工况一：前小车取梁工况四：吊梁横移到位工况三：后车取梁工况二：前小车吊梁至跨中工况前车跨中横移到位实际最大应力206250实际最大挠度6763许用应力许用挠度75结论满足要求满足要求架梁工况最大应力挠度值/1.34242s/50075L345/1.34257应力值单位MPa；挠度单位mm。3）JQ850架桥机—过孔工况有限元分析工况五：后悬工况工况六：前悬工况工况七：驮运工况工况后悬工况前悬工况驮运工况实际最大应力128190223实际最大挠度300500166许用应力242242许用挠度350550350结论满足要求满足要求满足要求/1.34242s过孔和驮运最大应力挠度值总结：通过有限元对架桥机的模拟计算，优化了板厚和局部结构，确定设备各项性能参数。主控项4）YL850运梁车—主要组成4）YL850运梁车—各部件简介车体油缸支腿组走行轮组驮梁台车工况一：运梁车运梁工况二：同步拖梁，台车走行至跨中工况三：台车走行至末端，拖梁到位工况四：运梁车驮运架桥机5）YL850运梁车—有限元计算5）YL850运梁车—有限元计算工况实际最大应力（MPa）实际最大挠度（mm）许用应力（MPa）许用挠度值（mm）最大应力所在位置121559235L/300=179车体2217178235179车体317761235179车体4183110235179车体运梁车结构应力及挠度值总结：通过有限元分对运梁车计算分析，对结构进行优化设计，保证了整车的强度、刚度。同步拖拉取梁至跨中工况项目整体技术难点：宁波余慈高速是我国首次将大型预制箱梁用于内陆高等级公路施工的线路。该项目具有箱梁结构非对称、双幅双向架梁、桥跨承载受限等技术难点。（2）技术难点、解决方案及主要创新点项目整体解决方案：经过多方案比选，最终确定单车双幅运梁，运架配合同步拖梁，双幅架梁，步履式过孔的整体作业模式。并针对线路和箱梁特点，创新性的采用架运对称结构设计，吊具偏心可调，可切换均衡模式和支腿多点载荷分配的方式，实现了余慈高速非对称双幅预制箱梁的架设。最后对架桥机整机的进行优化设计，提高其整体作业效率，体现出该设备自身性能的优越性。项目整体创新点：属国内外首次研制成功的高等级公路非对称双幅箱梁双向架运成套设备，用以满足高等级公路大型双幅预制箱梁的架设。技术难点之一：架运整体方案的确定。运梁车有单车单幅、单车双幅及四车双幅三种形式。架桥机主要有悬臂自走行和步履式走行过孔两种形式。对架运方式进行最优选择，是首先要解决的问题。（2）技术难点及解决方案，主要创新点序号作业方式优点缺点1单车单幅1、结构简单，效率高；1、作业载荷大于运营载荷，钢束用量增加20%～30%，工程造价增加较多。2单车双幅1、结构简单，效率高；1、作业载荷大（轴重50t），但不超运营载荷。3四车双幅1、作业载荷小（轴重20t）。1、设备复杂，效率低；2、控制系统复杂，架梁作业步骤多。运梁车作业方式对比分析通过综合比较，单车双幅运梁方式具有较高性价比。增加运梁车的轴数和轴距，保证单车双幅运梁车线载荷不超过桥跨设计要求。1）架运整体方案的确定两种架桥机形式对比分析悬臂自走行步履式走行序号过孔方式优点缺点1悬臂自走行1、作业简单，效率高。1、跨中载荷大，超过运营载荷。2步履式走行1、桥跨不承受跨中载荷，整体受力情况好。1、作业步骤相对复杂，效率较低。比较分析：悬臂自走行跨中载荷过大，不适用于余慈高速箱梁的架设。解决方案：单车双幅运梁，运架配合同步拖梁，双幅架梁，步履式过孔的整体作业模式。前后驮梁台车都设计为自行式，解决起重小车取梁位置靠后的问题。实现的创新点：采用单车双幅运梁车，双幅步履式架桥机配合作业的新模式，结构简单作业效率高。运梁车采用单车形式，其喂梁时后支腿无需翻折；采用同步拖拉取梁方式，无需再利用运梁车对后支腿载荷进行分配，运梁车利用率高。自行式台车1）架运整体方案的确定技术难点之二：架运设备双向架梁的实现方式。目前调头方式主要有场内驮运调头和桥上整体旋转调头两种。（2）技术难点及解决方案，主要创新点需多次吊装，运梁车驮运架桥机在场内调头。过程耗时长，占用场地空间大，成本高。采用安装回转盘形式实现架桥机桥上旋转180°。效率较高，但对整机平衡性要求很高，要避免旋转作业时出现强阵风天气，具有一定风险。两种调头方案均存在一定的缺点，如何安全、高效的完成设备的调头，并最大程度节省费用支出，是项目要解决的难点之一。架桥机反向架梁解决方案——架桥机主结构采用对称形式机臂结构以中支腿为中心纵向对称前后支腿铰座和主梁连接具有互换性前后支腿互换流程2）架运设备双向架梁的实现方式实现的创新点：架桥机主梁框架设计为双向对称结构，通过设备自身换装实现双向架梁；运梁车设计为完全对称结构，可直接双向作业。该技术成功实现了设备安全、高效的桥上调头，节省工期和费用。运梁车反向运梁解决方案——运梁车采用完全对称形式动力系统及液压系统2）架运设备双向架梁的实现方式关键点：运梁车采用双主梁结构，液压系统和动力系统布置在车体中部凹槽处，整机主结构完全对称，可实现双向作业。技术难点之三：非对称箱梁运输和吊装的稳定性。（2）技术难点及解决方案，主要创新点为尽量减小桥墩宽度，充分利用中分带空间，城市高等级公路箱梁大多为非对称箱梁。与高铁常用的对称箱梁不同，